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8/18/2019 Capitulo 7 Caudales Maximos
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Capitulo VII
CAUDALES MÁXIMOS
MG GEÓG CESAR E CARRERA S
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Caudal Máximo, riada o crecida: es el paso por el rio de caudalesextraordinarios por su gran magnitud , son episodios hidrológicos de gran impacto
en el medio ambiente y la población por lo que obliga dimensionar el diseño
hidrológico
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Para diseñar:
Las dimensiones de un cauce
Sistemas de drenaje: agrícolas, aeropuertos, ciudad, carretera
Muros de encausamiento para proteger ciudades y plantaciones
Alcantarilladlos
Vertederos de demasías
Luz en puentes
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CAUDALES MÁXIMOS = CAUDAL DE DISEÑO
MAGNITUDDEL CAUDALDE DISEÑO
PERIODO DERETORNO
IMPORTANCIA DE LA OBRAVIDA ÚTIL DE LA OBRA
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Periodo de retorno de una avenidaPeriodo de retorno = intervalo de tiempo dentro del cual un evento de
magnitud Q, puede ser igualado o excedido por lo menos una vez en promedio.
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Una avenida de 100 años es menos
frecuente, pero de mayor magnitud, que
una avenida de 25 años.
En promedio, la avenida de 25 años ocurreuna vez cada 25 años y tiene una
probabilidad de excedencia de 1/25, es
decir, del 4 por ciento, en cualquier año
en particular. Eso significa que es cuatro
veces más probable que ocurra que una
avenida de 100 años, la cual sólo tiene
una probabilidad de excedencia del 1 por
ciento en cualquier año en particular.
La avenida de 100 años es de menor
magnitud y 5 veces más frecuente que lamuy infrecuente avenida de 500 años, cuya
probabilidad de ocurrir en un año dado es
de 1/500, es decir, el 0,2 por ciento.
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Periodo de retorno de una avenida
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Si un evento igual o mayor a Q ocurre une vez en T años, su probabilidad de
ocurrencia P, es igual en T casos:
Probabilidades
1. La probabilidad de que Q ocurra en cualquier año
2. La probabilidad de que Q no ocurra en cualquier año (probabilidad de
ocurrencia de un caudal menor que Q)
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La probabilidad de que el evento ocurra, al menos una vez en años sucesivos, es
conocido como riesgo de falla R.
Con este parámetro R, se puede determinar cuáles son las implicancias de
seleccionar un periodo de retronó dado de una obra, que tiene una vida útil de
n años
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Periodos de retorno recomendados
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. Métodos directos:
Método área velocidad
Dilución con trazadores
2. Métodos indirectos:
Estructuras hidráulicas.
Método área pendiente.
Métodos para estimación de avenidas
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Método de Sección y PendienteEl caudal se calcula después del paso de una avenida, en un tramo del
cauce (secciones transversales).
Procedimiento:
1. Selección de un tramo representativo del rio, que sea profundo que
contenga al nivel de las aguas máximas.
2. Levantamiento de secciones transversales en cada extremo del tramoelegido y hallar:
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3. Hallar las áreas hidráulicas (A1, A2), los perímetros mojados (P1, P2) y los
radios hidráulicos (R1, R2).
4. Determinar la pendiente S, de la superficie libre del agua con las
huellas de la avenida máxima en análisis.
1 = 1
1 =
1 +
2
=1 +
2
Estiaje
Crecida
Medio
Avenidas
extraordinarias
S
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5. Elegir el coeficiente de rugosidad de Manning de acuerdo a las condiciones
físicas del cauce..
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6. Aplicar la fórmula de Manning para hallar el caudal máximo.
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Supuestos:
La máxima escorrentía ocasionada por una lluvia se produce cuando la duración
de la precipitación es igual al tiempo de concentración (tc). Así toda la cuenca
contribuye con el caudal en el punto de salida.
Si la duración de la precipitación es mayor (precipitación de baja intensidad), que
el tiempo de concentración también toda la cuenca contribuye con el caudal;
pero el caudal es menor.
Si la duración de la lluvia es menor que el tiempo de concentración,
(precipitaciones intensas de corta duración) el agua caída en los puntos
remotos aún no ha llegado a la salida, entonces el caudal es bajo, porque solo
una parte se convierte en escorrentía.
Aplicado a pequeñas cuencas de drenaje aproximadamente 1300 has (13Km2).
Método empírico: el método racional
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Ecuación del método racional
Donde:
Q = caudal máximo en m3/sC = coeficiente de escorrentía, que depende de la cobertura
vegetal, la pendiente y el tipo de suelo sin dimensiones
I = intensidad máxima de la lluvia, para una duración igual al tiempode concentración, y para un periodo de retorno dado, en mm/hr
A = área de la cuenca en has
Q = 360 Q = 3.6
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Calculo del tiempo de concentración tc)
Medida directa usando trazadores
1. Durante una intensa lluvia colocar trazadores en la divisoria de la cuenca.
2. Medir el tiempo que toma el agua para llegar al sitito de interés (estación de
aforo).
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Tomando en cuenta las características hidráulicas de la cuenca.
1. Dividir la corriente en tramos
2. Obtener la capacidad máxima de descarga en cada tramo, utilizando el método
de la sección y pendiente.3. Calcular la velocidad media correspondiente a la descarga máxima de cada
tramo.
4. Usar la velocidad media y la longitud del tramo para calcular el tiempo
recorrido en cada ramo
5. Sumar los tiempos recorridos para obtener tc.
L
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Estimando velocidades
1. Calcular la pendiente media del curso principal, dividiendo el desnivel total
entre la longitud total
2. Elegir la velocidad media en función a la pendiente y cobertura3. Con la velocidad media y la longitud total hallar el tiempo de
concentración.
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Usando formulas empíricas
Ecuación de Kirpich
Formula australiana
Formula de George Rivero
Formula del SCS
Usando valores obtenidos por Ramser
Valido para cuencas agrícolas, con pendiente media de 5% y con largo
dos veces el promedio de su ancho.
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Determinación de la intensidad de precipitación
Se determina con la curva IDF (IDT), entrando con una duración igual al tiempo
de concentración y con un periodo de retorno de 10 años que es lo frecuente en
terrenos agrícolas. El periodo de retorno se elige dependiendo del tipo deestructura a diseñar.
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Es la fracción de agua de una aparte de la precipitación que llega al cauce de
evacuación. No tiene dimensiones y se representa por la letra C.
Determinación del coeficiente de escorrentía
Cuando la cuenca presenta una superficie de diferentes características, el valorse C se obtiene como una media ponderada.
C =V escorrentía superficial total
V precipitacion total
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El valor de C depende de factores geográficos, topográficos, edafológicos,
cobertura vegetal.